На предприятиях очистка воды решает те же задачи, что и в быту. Они обусловлены наличием в воде тех или иных загрязнителей. Разница состоит в масштабах и требованиях к количественному содержанию примесей в очищенной воде. Они могут быть выше или ниже по сравнению с питьевой водой. Как ни парадоксально, но даже к стокам, идущим в канализацию, по ряду параметров могут выдвигаться более жесткие требования, чем к питьевой воде.
К примеру, в 2012 году Комитет по энергетике и инженерному обеспечению Санкт-Петербурга ввел норматив по содержанию загрязнителей для сброса в систему коммунальной канализации. Так вот, в сточной воде азота допускается больше, чем в питьевой: 18 мг/л против двух, алюминия — столько же (0,5 мг/л), а меди должно быть в 25 раз меньше: 0,04 мг/л против одного. Это объясняется просто: для бактерий, очищающих на канализационных очистных сооружениях сточные воды от известных отходов жизнедеятельности человека, медь является страшным ядом. Человеку этот металл в таких количествах не опасен. На протяжении десятков лет медные трубы широко используются в качестве внутридомового водопровода во многих странах мира, в том числе США, и последствий для здоровья американцев не выявлено.
Известно, что вода – это не просто Н2О. В ней присутствуют многочисленные примеси (загрязнители), условно говоря, трех видов: физические (механические), химические и биологические.
Из органических соединений особую опасность представляют токсичные, в том числе хлорсодержащие.
Неорганические — это в основном соли жесткости (кальция и магния), железа, тяжелых металлов. К неорганическим загрязнителям относится и остаточный хлор, который может присутствовать в водопроводной воде после обеззараживания на водопроводной станции, а также некоторые газы: аммиак, сероводород и др.
От всего этого многообразия нужно очищать воду как для бытового, так и производственного назначения.
Перечислим основные методы промышленной водоочистки с кратким описанием, решаемыми задачами, а также терминологией, принятой в профессиональном сообществе специалистов по водоподготовке и водоснабжению.
— Механическая очистка. Мы привыкли к термину «фильтрация» и называем этим словом все методы очистки воды, но корректно его применять только к данному методу. Нерастворенные частицы отсеиваются фильтром с порами, не превышающими их размер.
— Аэрация. Вода насыщается кислородом, который с помощью специального катализатора окисляет растворенные соединения железа и марганца (этим металлом особенно богаты скважинные воды), а также сероводород и аммиак. Продукты окисления осаждаются и затем удаляются на дальнейших стадиях водоподготовки. Процессы удаления железа и марганца часто называют обезжелезиванием и деманганацией.
— Коагуляция. Удаление загрязнителей, находящихся в воде в виде коллоидных и диспергированных частиц. Упрощенно говоря, коллоидные частицы — это агрегаты молекул или ионов, не нарушающие прозрачность водного раствора, диспергированные частицы — более крупные агрегаты, создающие мутность. Те и другие системы неустойчивы, достаточно добавить определенное вещество, и они выпадают в осадок, часто в виде хлопьев. Этим физико-химическим свойством широко пользуются для очистки воды. Добавляют в воду специальный реагент (коагулянт), часто — соединение алюминия. Он преобразует коллоидные и диспергированные частицы в осадок, который затем поглощается осадочным фильтром на следующей стадии очистки.
— Обеззараживание (дезинфекция, стерилизация). Удаление биологических загрязнителей. В промышленных масштабах чаще всего используются хлорирование и ультрафиолетовое облучение. Первый метод эффективен при очень больших объемах водоподготовки, поэтому широко распространен на городских водопроводных станциях.
— Адсорбция. Хорошо знакомый метод очистки воды. Его суть состоит в поглощении загрязнений пористой поверхностью сорбента, в качестве которого обычно выступает активированный уголь. Этим способом вода хорошо очищается от хлора, органических загрязнителей, в том числе портящих цвет, вкус и запах. Поэтому процесс водоочистки на основе адсорбции часто называют осветлением.
— Ионный обмен. Широко распространенный способ удаления из воды солей металлов путем обмена более «тяжелого» (кальция, магния, железа, марганца и др.) на более «легкий» (как правило, натрий). Осуществляется на специальных ионообменных смолах. Этим методом часто удаляются соли жесткости, поэтому можно встретить термин «умягчение».
— Мембранная водоочистка. Всё более популярная технология среди населения и промышленных потребителей. Вода проходит под давлением через специальную полупроницаемую мембрану с порами размером до 0,0001 мкм (или 0,1 нм), которые пропускают только молекулы Н2О. Следовательно, это универсальный метод водоочистки, который справляется со всеми перечисленными выше загрязнениями. Технология основана на явлении обратного осмоса, поэтому часто ее так и называют «обратный осмос», а мембрану «обратноосмотическая». Также в последнее время развивается мембранная технология под названием «нанофильтрация». Термин возник из-за размеров пор 1 нанометр, что на порядок выше, чем у мембран. Это позволяет пропускать в отфильтрованную воду наряду с молекулами воды часть солей жесткости и тем самым оптимизировать природный минеральный состав.
Изначально обратный осмос использовался на боевых подводных лодках для получения пресной воды из морской, поэтому вошли в обиход и до сих пор используются термины «опреснение» и «обессоливание».
В заключение важно отметить следующее:
